Guide des matériaux d'isolation des câbles : types, propriétés et guide de sélection

Chaque câble fait la même promesse discrète : garder le courant à l’intérieur du conducteur et garder tout le reste à l’extérieur. La couche qui porte cette promesse est le matériau d'isolation des câbles, et au cours de nos années de fourniture composés polyoléfiniques pour les fabricants de câbles, c'est là que se posent généralement les décisions techniques les plus difficiles. La rigidité diélectrique, la résistance à la chaleur, la flexibilité, le comportement à la flamme et la durée de vie remontent tous à la formulation choisie au premier jour. Ce guide présente les principales familles d'isolants, comment elles se comparent et ce que nous vous suggérons de vérifier avant de vous engager dans un matériau.

Ce que fait réellement le matériau d’isolation des câbles

L’isolation n’est pas simplement un revêtement plastique autour du cuivre. Il s’agit d’un diélectrique technique comportant plusieurs fonctions qui s’opposent parfois les unes aux autres.

• Service diélectrique : maintient la tension nominale sans courant de fuite ni panne, année après année.
• Service thermique : résiste à la chaleur continue des conducteurs et aux pics de court-circuit sans ramollissement, fissuration ou déformation.
• Service mécanique : absorbe la flexion, la traction, l’abrasion et les chocs pendant l’installation et l’entretien.
• Devoir environnemental : résiste à l'humidité, à l'ozone, aux UV, aux huiles et aux produits chimiques pendant une longue durée de vie.
• Service d'incendie : décidez de la vitesse à laquelle les flammes se propagent, de la quantité de fumée qui apparaît et si des gaz corrosifs ou toxiques sont libérés.

L’isolation n’est pas un revêtement

Ces deux couches sont souvent confondues. L'isolation repose directement contre le conducteur et assure la fonction électrique. La gaine constitue la gaine extérieure et supporte les contraintes mécaniques et environnementales. De nombreux composés sont développés pour un seul rôle, et leur échange constitue un problème de fiabilité qui ne tarde pas à se produire.

Les principaux types de matériaux d'isolation de câbles

Presque tous les câbles en service aujourd’hui utilisent l’une des rares familles de polymères. Le choix dépend de la température nominale, de la classe de tension, des exigences en matière d'incendie et du coût.

Le PVC et le XLPE dominent toujours en volume car ils sont familiers, bien connus et économiques. Toutefois, le groupe qui connaît la croissance la plus rapide est celui des composés polyoléfiniques sans halogène, en particulier lorsqu'il s'agit de personnes, d'appareils électroniques ou de voies d'évacuation encombrées.

Pourquoi l'isolation en polyoléfine sans halogène a pris les devants

Lorsque le PVC brûle, il libère du chlorure d’hydrogène qui, en présence d’humidité, se transforme en acide chlorhydrique. Cet acide corrode les appareils de commutation, les serveurs et l’acier de construction, et il est dangereux de le respirer. La fumée est l’autre problème : une fumée dense et sombre rend l’évacuation et la lutte contre les incendies bien plus difficiles que les flammes elles-mêmes.

Les composés polyoléfiniques sans halogène remplacent le chlore par un système de charge minérale, généralement de l'hydroxyde d'aluminium ou de l'hydroxyde de magnésium. Lorsqu'elles sont chauffées, ces charges libèrent de la vapeur d'eau qui refroidit la surface et dilue les gaz inflammables. Le résultat est un matériau véritablement ignifuge, à faible teneur en fumée et sans acides halogènes. Si vous voulez la chimie plus en détail, cela vaut la peine de lire qu'est-ce qu'un composé LSZH et comment il fonctionne .

Le compromis est que des charges élevées de charges rigidifient le polymère et compliquent l'extrusion. La formulation est primordiale, c'est pourquoi deux composés LSZH avec des fiches techniques identiques peuvent se comporter très différemment sur la même ligne.

Les systèmes de classification au feu dans les normes de construction, tels que les classes B1 et B2 utilisées dans toute l'Europe et de plus en plus ailleurs, ont poussé les catégories sans halogène du statut de niche à celui par défaut dans de nombreux projets.

Composés isolants sans halogène à faible émission de fumée B1/B2 Pour l'isolation des fils BYJ, ces composés sans halogène à faible émission de fumée répondent aux normes de classification incendie B1 et B2 dans les projets de câbles de construction. Voir le produit →

Réticulation : l’étape qui élève le plafond

L'isolation thermoplastique se ramollit à mesure qu'elle chauffe, ce qui limite la quantité de courant qu'une taille de conducteur donnée peut transporter. La réticulation lie les chaînes polymères dans un réseau tridimensionnel, de sorte que le matériau ne fond plus. Il conserve sa forme et sa rigidité diélectrique à des températures où un thermoplastique coulerait déjà. Les principaux itinéraires sont bien établis :

• Réticulation au peroxyde : rendement élevé et excellentes propriétés électriques, mais nécessite une ligne de vulcanisation continue.
• Réticulation silane : le composé est greffé puis durci avec de l'humidité, ce qui convient aux installations de production plus petites et plus flexibles.
• Réticulation par irradiation par accélérateur : un faisceau d'électrons crée le réseau en quelques secondes, sans ligne de polymérisation nécessaire et avec des résultats très cohérents.
• Réticulation par rayonnement UV : une option rapide et économe en énergie pour les murs isolants plus fins.

Chaque itinéraire offre un équilibre légèrement différent en termes de température, de flexibilité et de finition de surface. Une polyoléfine réticulée résistante à 125 °C est désormais courante dans les rôles d'isolation et de gainage, à condition que la méthode de réticulation corresponde à la géométrie du câble et à la classe d'application.

Isolation et gainage LSZH réticulés au silane 125°C pour le photovoltaïque Composé LSZH réticulable au silane pour l'isolation et le gainage de câbles photovoltaïques, avec une résistance à la chaleur de 125°C et une résistance aux UV/vieillissement pour une utilisation en extérieur. Voir le produit →

Adaptation du matériau isolant à l'application

Il n’existe pas de meilleur matériau d’isolation, seulement celui qui s’adapte à l’environnement. Quelques modèles que nous voyons à plusieurs reprises :

• Bâtiments : grades sans halogène avec une classe feu définie, car les voies d'évacuation et les équipements sensibles sont en jeu.
• Réseaux électriques : polyoléfine réticulée à fortes performances diélectriques et vieillissement stable sous charge continue.
• Rail et transport en commun : faible dégagement de fumée, faible toxicité et haute résistance aux flammes à l'intérieur des tunnels et des wagons.
• Éolien et solaire : résistance aux UV et aux intempéries pendant des décennies d’exposition extérieure.
• Centres de communications et de données : isolation à parois minces et gaines où l'intégrité du signal, le rayon de courbure et le dégagement de fumée comptent tous.
• Marine et offshore : résistance au sel, à l’huile, aux vibrations et aux risques d’incendie en espace confiné.

Si vous souhaitez voir comment ces exigences correspondent à des produits réels, notre domaines d'application la page est un bon point de départ.

Isolation LSZH réticulée par irradiation par accélérateur pour le transport ferroviaire Conçu pour les câbles de traction et de signalisation des trains et métros, ce composé LSZH répond aux besoins de sécurité incendie ferroviaire grâce à sa résistance aux cycles thermiques. Voir le produit →

Comment nous suggérons d'évaluer un matériau d'isolation de câble

Avant de verrouiller un complexe, répondez à ces questions dans l’ordre :

1. Quelle est la température maximale continue du conducteur et à quel pic de court-circuit doit-on survivre ?
2. Quelle classe de tension et quelle épaisseur de paroi l'isolation verra-t-elle ?
3. Quelle norme d'incendie s'applique et une limite de densité de fumée ou de gaz acide est-elle spécifiée ?
4. Le matériau est-il traité proprement sur votre ligne d'extrusion existante à la vitesse cible ?
5. À quels tests de vieillissement, thermiques ou d'immersion dans l'eau le câble fini doit-il passer ?
6. Le fournisseur peut-il afficher des données de cohérence des lots, et pas seulement un rapport d'essai de type unique ?

Le dernier point compte plus qu’il n’y paraît. Les défauts d’isolation sont rarement causés par une mauvaise formulation sur papier ; ils proviennent de variations d'un lot à l'autre qui n'apparaissent qu'après des mois de service.

Où se dirigent les matériaux d’isolation

La demande évolue dans quelques directions claires. Des températures plus élevées se répandent dans les produits grand public. Les exigences sans halogène s'étendent des bâtiments publics au câblage industriel et résidentiel. Les conceptions à parois minces sont poussées à économiser du cuivre et du poids, ce qui exerce davantage de pression sur la ténacité mécanique. Et l’efficacité énergétique pendant la production compte désormais aussi, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles le durcissement par irradiation UV et par accélérateur suscite l’intérêt : ils se réticulent rapidement avec beaucoup moins de chaleur.

La recyclabilité est la prochaine discussion. Les systèmes à base de polyoléfine sont intrinsèquement plus faciles à retraiter que les alternatives fortement chargées ou halogénées, et les fabricants de câbles s'en posent déjà.

Le choix d'un matériau d'isolation de câble est en fin de compte un exercice d'équilibre entre performances électriques, sécurité incendie, comportement de mise en œuvre et coût. Pour bien faire les choses, il faut généralement travailler avec un fournisseur de composés qui comprend les quatre et peut formuler autour de votre ligne plutôt que de demander à votre ligne de s'adapter à un granulé disponible dans le commerce. Nous fabriquons des composés polyoléfiniques sur deux sites de production à Nantong, soutenus par un centre de recherche interne et une équipe qui consacre la plupart de son temps précisément à ces questions. Si vous envisagez un nouveau niveau d'isolation, nous serons toujours heureux d'en discuter.